共掺杂三维石墨烯的制备及其电催化析氢性能的研究

选择天然石墨鳞片为原料,采用改进的Hummers法制备出氧化石墨(GO),再以硫脲、硫酸亚铁和氯化镍为改性剂,利用化学还原法和自组装法制备了氮、硫、铁、镍共掺杂三维石墨烯电极材料。通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、X射线能谱(EDS)等测试手段对材料进行分析表征,研究了不同因素对其析氢反应活性(HER)的影响,并通过均匀试验设计确定了制备的最佳工艺条件。结果表明:所制备的电极材料具有丰富的孔结构和完整的三维结构,石墨烯片层间距为0.3734 nm,并且无明显垛叠团聚,在酸性条件下显示出较高的HER活性,在电流密度为10 mA/cm2时,析氢过电位为-158 mV,塔菲尔(Tafel)斜率为74.33 mV/dec。     

氮掺杂氧化石墨烯的制备及其氧还原催化性能研究

以腺嘌呤为掺杂氮源,以均苯三酸为辅助碳源,采用水热法对多层氧化石墨烯进行氮掺杂,在惰性气氛下煅烧得到氮掺杂氧化石墨烯(NGO),重点研究了腺嘌呤用量对产物的氧还原催化性能的影响。利用上海辰华电化学工作站,采用线性扫描伏安法对其氧还原催化性能进行测试分析,并利用Koutecky-Levich方程对其氧还原电子转移数进行计算。结果表明,以腺嘌呤作为氮源能够大幅度地提高氧化石墨烯的催化性能,当腺嘌呤用量为6 mmol时,所制得的氮掺杂氧化石墨烯NGO-3的催化性能最好,催化氧气还原以4e~-途径进行。     

水热法制备镍负载硫磷双掺杂石墨烯电极及其电催化析氢性能研究

设计一种高活性、高稳定性的非贵金属基催化剂,对电催化析氢的应用具有重要意义.以硫酸和植酸为硫磷掺杂剂,采用水热法合成了硫磷共掺杂石墨烯(SPG);随后,采用简单的醇热法制备了直接生长在SPG上的Ni基纳米材料(Ni/SPG).制备的Ni/SPG电催化剂表现出杰出的析氢性能,其阻抗极低(0.48Ω),电化学活性表面积极好...     

S/N共掺杂石墨烯的制备及其电催化性能

采用一步水热法制备了S/N共掺杂石墨烯催化剂材料。利用扫描电子显微镜(SEM)、透射电镜(TEM)、拉曼光谱、红外光谱以及X射线衍射仪(XRD)对催化剂物理形貌、组成、物相等进行了分析,并利用电化学分析方法对催化剂的电催化性能进行了研究。通过不同的物理表征证明S和N成功地掺杂入石墨烯晶格,共掺杂石墨烯具有典型的石墨烯形貌。掺杂石墨烯的高电催化活性是源于对石墨烯进行S和N的掺杂后仍然具有高比表面积及石墨烯本身所特有的一些性质。该掺杂石墨烯在0.1 mol/L的KOH溶液中对氧进行催化还原时,无论是起始电位、半波电位、还是极限电流密度,都可与商业生产的贵金属催化剂相媲美,说明S/N共掺杂石墨烯在氧还原催化活性上可被用来替代当前所使用的贵金属催化剂。     

氮掺杂石墨烯@碳纳米纤维的原位制备及其电催化氧还原性能

结合静电纺丝和热处理技术, 在含钴碳纳米纤维上原位生长了氮掺杂石墨烯, 制备了三维互通纤维网结构。研究了钴含量对产物氧还原活性的影响。结果表明: 氮掺杂石墨烯的生成和钴的引入均显著提高了电催化活性。纺丝液中六水合硝酸钴与聚丙烯腈的质量比为1: 10时, 获得的催化剂活性最优, 起始电势为0.84 V(vs RHE), 反应为近四电子路径, 具有比铂碳更好的稳定性和耐甲醇毒化能力。三维互通结构促进了电子和质子传输, 并能提供更多的活性位点, 提高电催化活性。这种方法也可用于设计其它三维互通的纤维复合物, 在能源与环境领域具有更广泛的应用前景。     

氮掺杂石墨烯的制备及其电催化氧气还原性能

通过改良Hummers法制备氧化石墨(Graphite oxide,GO),采用爆炸辅助还原法将GO还原剥离并原位掺杂得到氮掺杂石墨烯(Nitrogen-doped graphene,N-RGO)。采用TEM、SEM、FI-IR、XPS、XRD及Raman等分析手段对N-RGO的形貌、组成以及结构进行了表征,利用旋转环盘电极技术测试了其电催化氧气还原活性。TEM和SEM结果表明,爆炸条件下GO被很好地剥离开来,得到只有几层厚度的石墨烯;FI-IR及XPS结果表明,GO中大部分含氧官能团被脱除,C/O原子比达到26.2,是目前所得GO还原程度非常高的方法之一,且氮元素成功掺杂进石墨烯晶格中,掺杂氮的原子质量分数约为2.11%;电化学测试结果显示,氧气还原的极限扩散电流由非氮掺杂石墨烯(Reduced graphene oxide,RGO)的0.24mA提高到N-RGO的0.49 mA,尽管爆炸辅助还原得到的RGO对氧气还原也显示出较好的催化活性,但掺杂之后的N-RGO具有更高的催化活性。     

铁氮共掺杂介孔碳材料的简易制备及其氧还原反应催化性能

氧还原反应(ORR)是燃料电池阴极重要的电化学反应过程,其自发反应进程缓慢,对氧还原反应起高效催化作用的催化剂面临价格昂贵、合成流程复杂、污染环境等问题,因此探索合成简单、环境友好的氧还原催化剂制备方法具有重要意义。铁氮共掺杂介孔碳材料(Fe-N/MC)是一种有巨大应用价值的非贵金属氧还原反应催化剂。本工作通过在马弗炉中的半封闭体系内高温碳化小分子前驱体得到介孔碳材料(MC_M),再把获得的MC_M与铁盐混合在管式炉中高温处理制备得到铁氮共掺杂介孔碳材料(Fe-N/MC_MT)。该方法热解条件简单,无需模板剂和NH₃、HF等有毒物质。由于MC_M含有较高的氮和氧元素,有利于提升介孔碳材料表面的亲水性和配位能力,通过MC_M和铁盐制备出的Fe-N/MC_MT含有丰富的、催化ORR的Fe-N_x活性位点,其起始电位和半波电位分别为0.941和0.831 V(vs RHE),比商业化Pt/C催化剂的起始电位和半波电位分别正34和16...     

掺氮石墨烯的制备及其ORR催化性能的研究

由于掺氮石墨烯具有优异的电化学性能,受到研究者的关注,然而在石墨烯掺氮的方法中大部分（热解法、烧结法）需要过高的温度（500-900℃）和较长的反应时间（2-3 h）[1-3]。采用微波等离子体对氧化石墨进行还原改性制备掺氮石墨烯,在低功率条件下反应时间只需20 min就得到了催化活性良好的掺氮石墨烯。掺氮石墨烯的表征技术主要包括Raman和TEM,并使用电化学工作站对掺氮石墨烯进行ORR催化性能评估。     

碳负载氮掺杂纳米碳化钨电催化剂的制备及析氢性能

碳化钨(WC)是高成本和资源稀缺铂基催化剂的优良替代品.以偏钨酸铵(AMT)、葡萄糖(C6H12O6)和二氰二胺(DCDA)为W、C和N源,采用简易的NaCl/KCl熔融盐一步碳化法制备碳负载氮(N)掺杂WC@NC纳米晶粒.利用XRD、SEM、TEM、XPS、电化学工作站对催化剂的物相、形貌及电催化析氢性能进行表征.结果表明,WC@NC由碳片和WC组成,颗粒分布均匀,纳米颗粒平均直径为10～30 nm.WC@NC在0.5 mol/L H2SO4电解液中电流密度为10mA/cm2的过电位是132mV,塔菲尔斜率为64.2mV/dec.经过5000次循环伏安测试和25h持续电解析氢测试后,线性扫描伏安(LSV)曲线和电流密度均无明显变化,表现出非常高的稳定性.     

Preparation, characterization, and electrocatalytic performance of graphene-methylene blue thin films

We report a general method to graft aromatic molecules onto graphene thin film electrodes through a simple immersion process. Large-area electroactive graphene thin films grafted with methylene blue (MB) have been developed as electrocatalytic electrodes for the oxidation of β-nicotinamide adenine dinucleotide (NADH). The oxidation of NADH starts from −0.08 V (vs. Ag/AgCl) at the graphene-MB thin film electrodes, showing a decrease of 530 mV in overpotential compared to a Ti metal electrode. The graphene-MB thin films have promising applications in biosensors and biofuel cells due to their ability to promote NADH electron transfer reaction.     

杂多酸修饰多晶铂电极的制备及其电催化性能的研究

为了改善铂基催化剂氧化甲醇的催化活性,首先通过循环伏安扫描制备了硅钨酸、磷钨酸、磷钼酸三种杂多酸修饰铂电极。通过研究铂电极修饰前后在硫酸底液中的循环伏安行为可知,尽管杂多酸具有较大的分子构型,但仍能在铂电极上吸附．另外通过循环伏安曲线研究了杂多酸修饰铂电极对甲醇氧化的电催化作用及抗一氧化碳毒化作用．测试结果表明：铂电极经杂多酸修饰后,能够大大提高其对甲醇氧化反应的催化活性以及抗一氧化碳毒化作用．并且三种杂多酸修饰铂电极中,磷钼酸修饰铂电极的催化活性最高,抗毒化作用最强．     

脱合金化制备纳米多孔Ni-Fe合金及其电催化性能

采用真空熔炼与固溶相结合的方法获得原子分数为Ni_30-xFe_xMn₇₀(x=0,10,20)的前驱体合金,通过脱合金化方法制备纳米多孔Ni及Ni-Fe合金,采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)分析合金相组成和微观结构,运用线性扫描伏安法、交流阻抗、方波电位法及计时电位法研究电极的析氢电催化性能。结果表明:加入Fe获得了片状结构的纳米多孔Ni-Fe合金,提高了纳米多孔Ni的表面积,且Fe与Ni产生协同效应,能够有效提高合金的析氢电催化活性。当Fe含量为10%(原子分数)时,脱合金化得到的纳米多孔Ni-Fe合金表面积最大,析氢电催化性能最好,在0.1A/cm^2电流密度下,析氢过电位仅56mV,经10h连续电解,表现出良好的电催化活性和电化学稳定性。     

Ligand-controlled synthesis of high density and ultra-small Ru nanoparticles with excellent electrocatalytic hydrogen evolution performance

Ultra-small size metal nanoparticles(u-MNPs)have broad applications in the fields of catalysis,biomedicine and energy conversion.Herein,by means of a ligand-controlled synthesis strategy,series of Ru-based NPs with high dispersity and ultra-small size(marked as u-Ru/C),or sparse and aggregated state(marked as a-Ru/C)anchored on the surface of hollow porous carbon shells are prepared.Systematical in-situ thermogravimetry-mass spectrometry-Fourier transform infrared spectra tests suggest that the different ligands in these Ru-based precursors can regulate the nucleation,growth and fixation of metal sites during the pyrolysis process,thus contributing to Ru NPs with various size and dispersity.As a result,when applied to hydrogen evolution reaction,the u-Ru-1/C catalyst displays a low Tafel slope of 26 mV dec-1,overpotential of 31 mV(at 10 mA cm^-2)and a large exchange current density of 1.7 mA cm^-2 in 1.0 M KOH,significantly better than that of the a-Ru-2/C,hollow carbon and even commercial 20%Pt/C.This is mainly because that the u-Ru-1/C sample owns both smaller particle size,more electrochemical active sites,higher intrinsic activity and optimized surface H adsorption ability than that of the a-Ru-2/C counterpart.Such ligand-modulated growth strategy is not only applicable to Ru,but also can be extended to other similar metals,offering a step forward in the design and synthesis of highly dispersed u-MNPs.     

Preparation, electrocatalytic and photocatalytic performances of nanoscaled CuO/Co3O4 composite oxides

Cu-Co composite oxides with different Cu/Co atomic ratios were prepared by the calcination of the precursors synthesized via a co-precipitation method. The samples were characterized by XRD, SEM and TEM, respectively. The XRD analysis revealed that only spinel structure of Cu-Co composite oxide was confirmed with lower Cu/Co ratio (<1:2). The sizes and morphologies of samples are controlled significantly by the Cu/Co atomic ratios. The electrocatalytic activity for p-nitrophenol reduction in a basic solution with the samples decorated on glassy carbon (GC) electrodes was tested by cyclic voltammetry (CV). The results showed that the sample with Cu/Co ratio of 2:8 exhibited the highest catalytic activity for p-nitrophenol reduction. The photocatalytic performances of the samples for the degradation of methyl orange under irradiation of visible light were investigated. The samples with Cu/Co ratios from 5:5 to 10:0 all showed better photocatalytic activities for methyl orange degradation, but the sample with Cu/Co ratio of 9:1 exhibited much higher catalytic activity. The catalyst with Cu/Co ratio of 9:1 also exhibited excellent repeatability for the catalytic degradation of methyl orange.     

电子封装SiCp/356Al复合材料制备及热膨胀性能

采用无压渗透法制备了SiCp／356Al复合材抖．用SEM和XRD对复合材料组织形貌和物相进行了研究，测定了复合材料在50-400℃温度区间的热膨胀系数。分析了复合材料热膨胀性能的影响因素。结果表明SiCp／356Al复合材料中SiC颗粒分布均匀，无明显新相形成，复合材料的热膨胀系数比基体合金的热膨胀系数显著降低，复合材料热应力引起热膨胀性能的变化随温度的不同而不同。     

聚吡咯/聚砜复合膜修饰电极的制备及其对对苯二酚的电化学催化性能

采用循环伏安法电化学聚合制备了聚吡咯(PPY)/聚砜(PSF)复合膜修饰电极.结果发现:复合膜的正面(与工作电极接触的一面)是黑色的;而反面(与溶液接触的一面)是白色的.复合膜的表面形态和化学组分分别用SEM和FTIR表征,用电化学循环伏安法对PPY/PSF复合膜修饰电极的电化学催化性能进行了研究.实验结果表明:所得复合膜修饰电极电化学可逆性好并且对对苯二酚有显著的催化效果,其氧化峰电流在5～30mM的范围内与对苯二酚的浓度呈线性关系,表明该复合膜修饰电极在对苯二酚H2Q的监测方面将有潜在的用途.